Abstract This paper aims at investigating the failure response of expanded metal meshes subject to transversal impact. Firstly, the study is performed through explicit nonlinear finite element analysis, in which a numerical model is developed to determine the impact performance and failure mode of expanded metal meshes. Thereafter, the effect of expanded metal cell geometries, impact mass and velocity on the structural response of the meshes is analyzed. Then the perforation resistance of the impacted meshes is assessed and analyzed by means of vulnerability curves for various expanded metal geometries subject to transversal impact. The extent of damage in the meshes is also evaluated, and the maximum displacements achieved in each impact scenario is quantified. At the end, it is demonstrated that the perforation performance of the meshes depends on the expanded metal cell dimensions expressed as a combination of the strand cross-section and major axis length. Finally, the results also show the feasibility of using expanded metal meshes to protect structures impacted by flying debris. Firstly analysis Thereafter evaluated quantified end crosssection cross section length Finally debris

RESUMEN Uno de los métodos de ensamblaje de puentes de acero más utilizados en la actualidad es el Método de Lanzamiento por Empujes Sucesivos, también abreviado como ILM por sus siglas en ingles. Su aplicación práctica consiste en pasar el ensamblaje de puentes a través de las zapatas de lanzamiento, así como sobre cada pila de soporte. Para vigas de acero se genera una reacción vertical de carga concentrada sobre una de las aletas cuando se emplea ILM, y dependiendo de las propiedades geométricas y de material de la viga esto puede ocasionar una falla de pandeo localizado sobre el alma. Para evitar este tipo de fallas, las vigas son reforzadas con rigidizadores longitudinales. Muchas investigaciones han estudiado la influencia de diferentes parámetros geométricos sobre el comportamiento de pandeo elástico de vigas sujetas a carga concentrada, sin embargo, el efecto de la longitud de apoyo ha recibido poca atención. Este artículo se enfoca en investigar la influencia de la longitud de apoyo en el comportamiento de pandeo elástico de vigas esbeltas con rigidización longitudinal sujetas a carga concentrada. El coeficiente de pandeo de las vigas esbeltas rigidizadas longitudinalmente fue calculado por medio análisis lineal por elementos finitos. Para ello se realizó un estudio paramétrico con el propósito de evaluar la influencia de otras variables adicionales como la relación de aspecto del panel y las propiedades geométricas de los rigidizadores sobre el coeficiente de pandeo. Los resultados muestran que para una viga rigidizada longitudinalmente el coeficiente de pandeo incrementa con la longitud de carga. Sin embargo, este incremento se ve considerablemente afectado por otros factores tales como la posición del rigidizador y la relación de aspecto del panel.

ABSTRACT Currently, one of the most used steel bridge assembly methods is the Incremental Launching Method (ILM). Its practical application consists in passing the bridge assembly through a launching shoe as well as over each support pile. For steel plate girders, a concentrate vertical reaction also known as patch loading is generated over one the flanges when ILM is employed, and depending on the geometrical and material properties of the girder, buckling failure in the web panel may occur. To overcome this type of failure, plate girders are reinforced with longitudinal stiffeners. Therefore, this paper aims at investigating the effect of the bearing length on the elastic buckling behavior of longitudinally stiffened girder webs subjected to patch loading. Buckling coefficients of longitudinally stiffened girder webs are calculated by means of linear finite element analysis. Furthermore, a parametric analysis is performed to study the influence of other geometric parameters such as the panel aspect ratio and the geometrical properties of the longitudinal stiffener on the buckling coefficient. The results show that for longitudinally stiffened girder webs the buckling coefficient increases with the loading length. However, this conclusion is considerably affected by other factors such as the position of the stiffener, and panel aspect ratios.

Resumen Este trabajo presenta un estudio numérico del comportamiento elástico de placas curvas rigidizadas sometidas a carga transversal. Los análisis se realizaron mediante análisis estático lineal utilizando modelación por elementos finitos. Inicialmente, placas planas bajo carga transversal (uniforme y no uniforme-trapezoidal) se modelan para validar el modelo computacional frente a soluciones analíticas disponibles en la literatura. En segundo lugar, se analiza el comportamiento de las placas curvas no rigidizadas bajo carga transversal. Luego, se demuestra la influencia de la rigidez longitudinal y transversal en el control de la distribución de desplazamientos y tensiones fuera de plano de las placas curvas. Finalmente, la respuesta de una compuerta radial de una planta hidroeléctrica sometida a una cabeza hidrostática es investigada. Los resultados muestran que el aumento en la rigidez a la puerta se refleja en las deformaciones más pequeñas lo que implica un mejor rendimiento y la integridad del sistema.

Abstract This paper presents a numerical study on the elastic behavior of stiffened curved plates subjected to transverse loading. The analyses are performed by means of linear static analysis using finite element modelling. Firstly, flat plates under transverse loading (uniform and non-uniform-trapezoidal) are modelled to validate the computational model against analytical solutions available in the literature. Secondly, the behavior of unstiffened curves plates under transverse loading is analyzed. Then, the influence of both, transversal and longitudinal stiffening in controlling the out-of-plane displacements and stresses distribution of the curve plates is demonstrated. Finally, a case-study concerning the response of a hydroelectric power plant intake gates subjected to a hydrostatic head is further investigated. The results show that the increase in gate stiffness is reflected in smaller deformations implying a better performance and system integrity.

Abstract This paper investigates the axial crushing response of concentric expanded metal tubes under impact loading. The study is conducted by means of nonlinear finite element simulations, considering the speed of deformation and the size of the expanded metal cells. In the analysis, two tubes are placed concentrically and then axially crushed with an impact mass at various speed levels. Crushing load-displacement responses are analyzed to investigate the influence of the size of the mesh and the impact speed. The results show that specimens with the same mesh sizes increases their crushing length with increasing speed. Finally the main outcome of this investigation is to add to the state of knowledge information concerning the use of expanded metal meshes in impact attenuation devices.

Abstract This paper presents an experimental investigation on the axial crushing of coiled expanded metal tubes subjected to quasi-static compressive loading. The investigation aims at comparing the energy absorption characteristics between tubes fabricated with coiled expanded metal meshes and solid plates. Then, a series of quasi-static axial crushing tests were performed to obtain the structural performance on coiled tubes, and then compare these with round and square solid tubes. Coiled tubes were fabricated using circular and square geometries, as well as various cell orientations. The results showed that cell orientation enhance the energy absorption response of the coiled tubes. Regarding these responses in comparison to those of solid tubes, the results showed that for coiled and solid tubes with the same weight, the energy absorption capacity of the former is much lesser than the latter.

Este trabajo presenta un estudio numérico sobre el efecto del comportamiento elastoplastico del material sobre la respuesta estructural de tubos fabricados con mallas de metal expandido sometidos a cargas de impacto. El estudio se lleva a cabo utilizando el método del elemento finito, considerando dos modelos de material. En primer lugar, se elabora un modelo numérico asumiendo un comportamiento bilineal con endurecimiento por deformación. En segundo lugar, se emplea un modelo que considera la velocidad de deformación utilizando la correlación de Cowper-Symonds. Estos modelos son comparados y validados con resultados experimentales tomados de la literatura. Posteriormente, se lleva a cabo un estudio paramétrico variando las dimensiones y orientación de las mallas, y la velocidad de impacto. Los resultados muestran que la respuesta de los tubos de metal expandido es sensible a los cambios en la orientación de los ejes geométricos. Incrementando las dimensiones de las venas aumenta el material disponible para deformación plástica, lo cual a su vez produce un incremento en la energía absorbida por unidad de masa. Adicionalmente, la velocidad causa un retraso en la respuesta de los especímenes.

This paper presents a numerical study on the effect of the elastoplastic behavior of the material on the structural response of expanded metal tubes subjected to impact loads. The study is carried out using the finite element method, considering two material models. Firstly, a numerical model is built assuming a bilinear behavior with strain hardening. Secondly, a model is elaborated considering the speed of deformation using the correlation of Cowper-Symonds. These models are compared and validated with experimental results taken from the literature. Subsequently, a parametric study is conducted, varying the dimensions and orientation of the mesh as well as the impact speed. The results show that the response of expanded metal tubes is sensitive to changes in the orientation of the geometrical axes of the mesh. Increasing the dimensions of the strands increase the material available for plastic deformation, this, in turn, produces an increase in the energy absorbed per mass unit. In addition, the loading speed causes a delay in the response of the specimens.

Este artículo está enfocado en estudiar el comportamiento elastoplástico de vigas rigidizadas longitudinalmente en el alma y sujetas a combinaciones de carga concentrada y momento flector. La investigación se realiza mediante un análisis de elementos finitos no lineal para estudiar el comportamiento estructural de los diferentes componentes de la viga (aletas, alma y rigidizador) bajo el estado límite de carga. El modelo considera los efectos de imperfecciones geométricas iniciales, comportamiento plástico del material y grandes deflexiones. La validación del modelo numérico se hace mediante comparación directa de los resultados numéricos con valores experimentales disponibles en la literatura técnica. Finalmente, se realiza un estudio paramétrico con el objeto de investigar la influencia del momento flector y la localización del rigidizador en la resistencia última de la viga bajo cargas concentradas.

This paper is aimed at studying the elastoplastic behavior of longitudinally stiffened girder webs subjected to patch loading and bending. The investigation is carried out by means of nonlinear finite element analysis to study the structural behavior of the girder components (flanges, web and stiffener) at ultimate limit state. Initial geometrical imperfections, plastic material behavior and large deflection effects are considered in the model. For the numerical model validation, the computer results from the simulations are compared with experimental results taken from the literature. A parametric study was carried out in order to investigate the influence of the applied bending moment and the relative location of the stiffener on the ultimate strength to patch loading.

En la actualidad se utilizan vigas rigidizadas longitudinalmente en el lanzamiento de puentes mediante el método de voladizos sucesivos. Durante el lanzamiento las vigas son sometidas a cargas concentradas en los puntos de apoyo. Estas cargas son generalmente mayores a aquellas que soportaría la estructura una vez ubicada en su posición final de funcionamiento. En estudios numéricos se han analizado segmentos de vigas sometidos a cargas concentradas cuyos extremos son modelados considerando restricciones cinemáticas que simulan condiciones de cuerpo rígido. Los elementos en los bordes de la estructura son restringidos cinemáticamente permitiendo sólo la rotación con respecto a un eje perpendicular al alma de la viga. La carga se aplica sobre el ala de la viga a lo largo de una pequeña longitud en comparación con el ancho total del segmento bajo estudio. El objetivo de este trabajo es verificar la validez de dicha hipótesis para grandes longitudes de carga aplicada. La carga última de la viga rigidizada se determina mediante un análisis por elementos finitos modelando los extremos de la viga de dos maneras: (1) considerando restricciones cinemáticas, y (2) simulando un rigidizador transversal. El modelo también considera el comportamiento plástico del material, la existencia de imperfecciones en el alma de la viga y los efectos de grandes deformaciones. Los resultados muestran que para cargas aplicadas sobre longitudes cortas ambas hipótesis arrojan resultados similares, sin embargo al aumentar la longitud de carga ambos resultados divergen.

Longitudinally stiffened I-girders are commonly used to build incrementally launched steel bridges. During the bridge launching, the girders are subjected to concentrated loading at the support points. These loads are generally larger than those the structure would sustain once located in its final operating position. Numerical studies have considered girder segments subjected to concentrated loading where the boundaries are simulated by kinematic constraints. It represents rigid body conditions where elements at the supported end are allowed only to rotate about an axis perpendicular to the girder web. The load is applied on the girder flange along a small length compared to the total width of the evaluated segment. This paper is aimed at investigating the validity of this hypothesis for longer lengths of the applied load. Herein, the ultimate load of a stiffened girder is determined through finite element modeling, considering the boundaries conditions in two different ways: (1) considering kinematic constraints; and (2) simulating a transverse stiffener. In addition, the used model considers the plastic behavior of the material, the existence of imperfections in the web of the girder and the effects of large deformations. The results show that for short length loadings both hypotheses yield similar results. However, as the loading length increases, significant differences in the results are observed.

Una lámina de metal expandido es fabricada convencionalmente de una lámina de metal que es cortada y estirada (expandida) para formar una estructura con intersticios. (Mulder, 2005). Cuando se expande el metal se forma un patrón de celdas similar a un diamante el cual está caracterizado por dos ejes geométricos. Este producto puede ser usado para pasarelas, aplicaciones eléctricas, vallas de seguridad, propósitos decorativos y también como refuerzo para concreto. Actualmente el metal expandido es usado para aplicaciones estructurales, sin embargo poca información puede encontrarse en relación al comportamiento estructural de elementos fabricados con metal expandido. Este artículo tiene como objeto estudiar el colapso axial de tubos cuadrados y circulares fabricados con láminas de metal expandido bajo cargas compresivas a fin describir el comportamiento global de estas estructuras. Ensayos de compresión cuasi-estáticos fueron realizados a temperatura ambiente en una máquina MTS a fin de investigar la influencia del ángulo formado entre el eje mayor de la lámina de metal expandido y la dirección de la carga. De los resultados, tres tipos de respuesta de colapso se observó en función de la orientación de los ejes: (1) Modo 1 caracterizado por un mecanismo de colapso plástico; (2) Modo 2 pandeo local de las celdas individuales; y (3) Modo 3 pandeo global de las paredes de los tubos.

A sheet of expanded metal is conventionally fabricated from sheet metal that is slit and stretched (expanded) to form a structure with interstices. (Mulder, 2005). When expanding the metal a diamond like cell pattern is formed which is characterised by two geometrical axes. This product can be used for catwalks, electrical applications, safety fences, decorative purposes and also as reinforcement for concrete. Currently expanded metal is used for structural application, however little information can be found regarding the behavior of structural elements made of expanded metal. The aim of this paper is to study the axial collapse of square and round tubes made of expanded metal sheet under compressive loading to describe the global behavior of these structures. Quasi-static compression tests were performed at room temperature in a MTS machine in order to investigate the influence of the angle formed between the major axis of the expanded metal and the load direction. From the results, three types of collapse response were observed depending on the orientation of the axes: (1) Mode 1 characterized by a plastic collapse mechanism; (2) Mode 2 local buckling of the individual cells; and (3) Mode 3 global buckling of the tube walls.

En la actualidad se buscan configuraciones estructurales, nuevas o ya existentes, livianas y resistentes que puedan absorber grandes cantidades de energía por deformación plástica. En este sentido las mallas de metal expandido se presentan como una alternativa. En este trabajo se estudia el comportamiento estructural de mallas de metal expandido sometidas a tracción. Las mallas de metal expandido se forman mediante un proceso de corte y estirado produciendo celdas en formas de diamante. Estas celdas se definen mediante los dos ejes del rombo. Este estudio se realiza en dos etapas: experimental, en la que se generan y ensayan probetas orientadas en diferentes direcciones con respecto al eje mayor; y numérica, donde se generan modelos computacionales que reproducen los ensayos experimentales. Los resultados numéricos se contrastan con los resultados experimentales. Se presentan curvas carga-desplazamiento para cada configuración, probando la notable influencia de la orientación del eje mayor de las celdas en la respuesta estructural de las mismas.

Currently, there is a need for new structural configurations that are able to absorb large amounts of energy by plastic deformation. In this regard, expanded metal sheets are an alternative. In this paper, the structural behavior of expanded metal sheets subjected to tensile loading is investigated in depth. Expanded metal sheets are fabricated by a cutting and slitting process producing a diamond like cell. These cells are defined by two axes. This paper is conducted in two phases: the first one, generating and testing experimental models in different directions with respect to the major axis; and the second one, generating computational numerical models which reproduce the experimental tests. The numerical results were contrasted with the experimental results. Load-displacement curves for each configuration are presented, showing the significant influence of the major axis orientation in the structural response of the model.